串列弹性圆柱在波流联合场中的阻力和升力论文.pdf

中 国 造 船 V01．46 46卷增刊 SpeciM 2005年11月 SH伊BUnDING0FCHⅡ、IA NOV．2005 文章编号：1000-4882(2005)S一0168—07 串列弹性圆柱在波流联合场中的阻力和升力 姚熊亮，戴绍仕，王宏 (哈尔滨工程大学，黑龙江哈尔滨150001) 摘要 30cm、40cm的波流联合场中的阻力和升力进行了实验研究。通过测量柱体表面的压力分布来研究柱体受到 的流体载荷变化特性，并与孤立弹性柱受到的流体载荷做了对比。实验对比分析结果表明：在波流联合场 作用下阻力和升力与船数密切相关，并且弹性柱体的柱间干扰效应使其流场变得更为复杂，不能忽略柱间 的相互干扰。 关 键 词：串列弹性圆柱；波流载荷；涡激振动 1前言 21世纪是人类向能源挑战的世纪。随着陆地有限能源的迅速减少，世界各国越来越多地关注深 海海上油气的开发与生产，中国也不例外。随着油气资源的开发与生产不断的向深水领域推进，许多 问题不断涌现，尤其是深海立管在波流载荷作用下因涡激振动(VIV)而引起的立管振动、疲劳损伤 等问题再次成为海洋开发中所要关注的热点问题。Sarpkaya和小寺山亘曾分别对波流及波浪作用下 的孤立弹性圆柱做了研究并指出：浪流及波流作用于圆柱上的阻力和升力都发生明显变化，且仅在微 幅波条件下两者才可相比。但其研究结果都是在低亚临界雷诺数区获得，对于深海工程的工作状态在 临界雷诺数区的指导意义不强。 目前对于串列弹性双圆柱在波流联合场作用下所产生的振动研究结果还不多，特别是还未见到在 高雷诺数、波流载荷联合作用下串列弹性双圆柱在不同柱问间距时流体动力系数的有关研究结果。而 深海中海洋立管属弹性体，其VIV问题又很严重，为此本文采用实验的方法初步研究了 荷。实验结果表明：波流场中串列弹性双圆柱的流体载荷更为复杂，流体载荷受波浪及柱间干扰影响 较大。 2实验条件及分析方法 实验是在哈尔滨工程大学船模实验水池中进行。水池长108m，宽7m，实验水深4m，水温16。C， 拖车最大速度5m／s。实验模型选用PVC材料同尺寸的两根光滑圆管，两弹性柱串列排列，柱外径 在水池拖车下方建造两个刚性平台，两平台沿流向分布。两模型自由端向上，用法兰刚性固定于 平台上方，成串列方式排列。两平台由刚性支臂支撑并通过强固的框架与拖车相伴刚性连接。下游柱 的平台支臂可沿轨道前后移动来调节两柱间距，然后用螺栓与框架固紧。支臂外罩导流罩，以便减小 收稿日期：2005—07．30 46卷增刊 姚熊亮等：串列弹性圆柱在波流联合场中的阻力和升力 支臂对模型流场的影响。实验装置简图如图1所示。 ＼／ V0 Z O ： X 图1 串列弹性柱参数示意图 在柱体自由端沿流向和横向分别布置丹麦生产的Asw—SA型压电加速度传感器。为避免吸气效 应对测压横截面的影响，在距自由端49cm处的横载面上沿柱周向均匀布置13个日本产和PS型超小 型应变式压力传感器。压力信号经两台YD一16型动态电阻应变仪同时记录在SR一50型磁带机上。信 号采集系统用美国开发的Daq 行分析。 为稳态压力和脉动压力之和，即 e(o，f)=eo(p)+P(p，f)． (1) 谢0 o。(啦≯坠